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無人機整機
無人機配件
無人機服務
設備與工具推動無人機使用的最重要理念之一是物聯(lián)網(wǎng)(IoT) 的概念。它符合國際電信聯(lián)盟 (ITU) 對IoT的定義：隨時隨地為任何人連接任何東西。提供具有物聯(lián)網(wǎng)功能的無人機的技術(shù)今天已經(jīng)存在。組合技術(shù)旨在對長時間捕獲的時空數(shù)據(jù)進行近乎實時的分析。隨著越來越多的網(wǎng)絡設備和幾種無處不在的技術(shù)融合在一起，挑戰(zhàn)也越來越大。其中一些包括安全性、服務質(zhì)量 (QoS) 和不同層的協(xié)議開發(fā)。為了識別這些問題，已經(jīng)開發(fā)了一些模擬器和仿真器 。一個好的無人機模擬器需要以下特性：易于使用，應該在通用硬件上運行，不太復雜，并且易于GUI 。以下提供了對良好無人機模擬器的一些重要要求的詳細描述：
飛行動力學模型
飛機的翼型能夠為飛行產(chǎn)生足夠的升力。這些飛機是由用戶控制的，無論是通過機載自動駕駛儀還是遠程計算機。
系統(tǒng)模型
無人機模擬器的可信度依賴于無人機系統(tǒng)的精確數(shù)學模型。開發(fā)的模型要么基于對整個系統(tǒng)物理特性的理解，要么源自從無人機獲得的可靠真實數(shù)據(jù)。
圖形模型
飛機平視顯示器 (HUD) 是計算機圖形研究的一個專門子集和領域。大多數(shù)情況下，顯示是在笛卡爾坐標系上考慮的，其中x軸是水平的，y軸是垂直的。有時，基于橫向或縱向顯示模式的約定存在差異。此類約定通常在圖形庫中定義，允許用戶開發(fā)不受任何硬件限制的圖形軟件，如圖所示圖1。
圖1 圖形管道
控制系統(tǒng)
飛行模擬器將控制系統(tǒng)視為數(shù)學傳遞函數(shù)，因此模擬器設計者必須以算法形式結(jié)合傳遞函數(shù)，以確保系統(tǒng)的I/O關(guān)系被正確建模。
飛行路線識別
飛機上的導航系統(tǒng)使用戶能夠定位當前和未來的位置。各種其他子系統(tǒng)與導航系統(tǒng)一起工作，以實現(xiàn)飛行路線識別、防撞、路徑規(guī)劃和空中走廊分配等功能。
無人機類型和型號
一個好的模擬器還應該支持各種無人機類型和型號。盡管對無人機進行分類沒有特定的標準，但一些專家根據(jù)大小、范圍和配置等參數(shù)對其進行分類。
特定于應用程序的要求
無人機模擬器可能還有其他特定于應用程序的要求。一個好的UAVNet模擬器可能需要增強無人機的通信方面，其中每個UAV都被視為網(wǎng)絡中的一個節(jié)點，并使用 UAVNet特定的網(wǎng)絡協(xié)議建立通信。
無人機的正確空氣動力學設計對于所有不同的形狀、尺寸和配置都至關(guān)重要，否則可能會導致墜機。因此，有必要在模擬器中對其進行正確建模。此外，從頭開始構(gòu)建模擬器已不再重要，因為研究人員可以從現(xiàn)有的多個游戲引擎、開源 (O/S) 網(wǎng)絡模擬器和商業(yè)模擬器中進行選擇開發(fā)他們的解決方案。
Simbeeotic
MAV Swarm Experiments (Simbeeotic) 的模擬器和測試平臺是哈佛大學研究人員設計的O/S模擬器，是RoboBees項目的一部分。如圖2所示，模型層包含一個接口，用于實現(xiàn)與目標域相關(guān)的特征。用戶還可以使用可能與模擬、組件引擎或使用調(diào)度事件的模型交互的附加組件來擴充模擬器。
圖2 Simbeeotic架構(gòu)
AVENS
Aerial Vehicle Network Simulator (AVENS) 是一種基于混合軟件的模擬器，它融合了X-Plane和OMNeT++與LARISSA（UAS 中系統(tǒng)互連的分層架構(gòu)模型）。許多網(wǎng)絡協(xié)議是為通信而開發(fā)的。AVENS利用X-Plane控制飛行，利用OMNeT++測量吞吐量和丟包等參數(shù)。兩個模擬器通過XML文件交換信息。在模擬完成之前，會不斷交換信息。詳細信息交換如圖3所示 。
圖3 AVENS模擬器
AirSim
AirSim是由微軟航空信息學和機器人技術(shù) (AIR) 設計的O/S 無人機模擬器，主要是為了將其作為人工智能研究的有用工具，專注于各種自主無人機的深度學習、計算機視覺和強化學習算法。環(huán)境模型、車輛模型、物理引擎、傳感器模型、API層、渲染接口和接口層構(gòu)成了AirSim的核心組件，如圖4所示. 一般來說，自主飛行器包含PX4、ROSFlight、Hackflight等飛控固件。
圖4 AirSim架構(gòu)
UAVSim
UAVSim是由托萊多大學的研究人員設計的基于OMNeT++ 的測試平臺。其用戶友好的GUI允許用戶通過調(diào)整不同的參數(shù)（例如主機和攻擊者的數(shù)量、明確定義的移動性和無線電傳播模型）輕松模擬無人機網(wǎng)絡?？梢栽O置配置以使這些模擬類似于真實世界的場景。它有一個針對不同攻擊、無人機模型的單獨模塊，以及一個用于結(jié)果和分析的模塊（圖5）。
圖5 UAVSim 模塊
DIMAV
受蜻蜓啟發(fā)的微型飛行器 (DIMAV) 飛行模擬器 [77]旨在分析 DIMAV 在三種不同情況下的性能，即飛行（滑翔或向前飛行）、懸停和機動。圖6概述了 DIMAV 飛行模擬器架構(gòu)。任務配置文件是用戶定義的，而自動駕駛模塊模擬飛機的自動駕駛功能。
圖6 DIMAV飛行模擬器
D-MUNS
分布式多UAVNet模擬器D-MUNS項目是使用現(xiàn)有模擬器提出的。D-MUNS包括三個組件：UAV Simulator Controller、Network Simulator Controller和Monitor，如圖7所示。研究表明，應用D-MUNS可以有效減少仿真時間和工作量。
圖7 D-MUNS 模擬器
大多數(shù)可用的無人機模擬器都用于單架無人機的訓練、設計和空氣動力學。因此，開發(fā)人員通過包含多個無人機模型、生成準確的數(shù)學和空氣動力學模型以及創(chuàng)建逼真的環(huán)境，將他們的專業(yè)知識投入到使模擬器多樣化。因此，一個更逼真的無人機模擬器需要像任何現(xiàn)有的無人機訓練模擬器一樣的美學，同時關(guān)注UAVNet的網(wǎng)絡功能。此類產(chǎn)品在學術(shù)、娛樂、研究和設計工程等各個領域都有前景。
源自：Simulation Modelling Practice and Theory.Volume 94, July 2019, Pages 100-117
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